『阿里云』何淋波：OpenYurt助力云边高效协同

- 深 圳 站 -

云边协同场景在物流、IoT、CDN等业务领域较为常见，通常都有构建云边端协同的容器管理平台的需求。容器管理平台一般具有以下业务特征：边缘侧服务器部署位置离端设备较近，因此其上运行的业务应用（容器化）可以快速响应端设备的请求；边缘侧服务器部署位置有比较明显的地域属性，但是其上运行的一般是同类型的业务应用；边缘侧服务器通过公网与云端连接，无法充分保证云边网络连接的稳定性，同时云端无法直接访问边缘节点；用户可以从云端管控对边缘资源和容器化业务进行统一管控。

针对上述业务诉求，构建云边端协同的容器化管理系统，业界普遍以Kubernetes作为首选。目前，Kubernetes在云边协同场景落地主要面临四大关键挑战：多地域业务管理、业务连续性保障、跨网络域通信和云原生设备管理。

OpenYurt架构

在云端，蓝色的部分是原生Kubernetes组件，橙色部分部署的是OpenYurt的管控组件；在边缘侧，每个节点蓝色的部分也是原生Kubernetes组件，橙色部分是OpenYurt节点侧组件，每个地域内部的节点形成节点池。OpenYurt的整体设计理念，就是对Kubernetes零修改，同时保持和主流云原生生态兼容。

OpenYurt提供多地域应用管理，包括节点池管理、单元化应用部署模型、Service流量路由拓扑管理、OTA,Auto升级模型。在边缘自治能力方面，OpenYurt拥有边缘业务自愈能力，支持节点故障时业务自动重建和节点强绑定业务管理。在跨网络域通信方面，OpenYurt拥有实时流式通信的运维通道、云边/边边通信的低数据通道，与原生K8s CNI网络无缝融合。在云原生设备管理方面，OpenYurt与业界主流IoT解决方案（EdgeX Foundry）无缝融合，拥有丰富的云原生设备管理模型。

多地域应用管理

在边缘计算场景下，边缘节点通常具备很强的区域性、地域性、或其他逻辑上的分组特性；相同的应用和镜像，可能需要部署到不同的节点池中；原生Kubernetes Service的后端端点扁平分布在集群中任意节点，而不少场景下，用户期待Service流量只访问同一地域的后端端点。

解决方案

节点单元化：以节点池（NodePool）视角对不同边缘区域下的主机进行统一管理和运维；

应用的单元化部署：使用新的单元化部署模型（YurtAPPSet、YurtAPPDaemon）将用户工作负载部署在不同的节点池中，业务的实例数、版本都可以按照节点池的维度进行统一管理；

流量的单元化：Service流量路由拓扑，通过简单配置来限制Service后端Endpoint的访问范围，例如只访问同一节点池的Endpoint，或只访问节点的Endpoint。

边缘自治能力

边缘自治的主要能力体现在云边网格弱连接或断连状态下，边缘业务或者节点重启时，业务可以自愈；单个地域内，用户希望只有在节点故障的情况下，业务pod才会进行迁移和重建；Solo的边缘节点，容器业务需要和节点强绑定，业务pod不会发生迁移。

解决方案

边缘节点上引入YurtHub组件，无感知接管云边之间的管控流量，同时本地缓存边缘业务的Meta数据。云边网络断连状态下，YurtHub利用本地缓存的Meta数据恢复边缘业务。

Pod可用策略自由配置：新增节点可用和节点池可用两种策略，节点可用策略：代表业务Pod与运行节点强绑定，整个生命周期内Pod不迁移。节点池可用策略：代表节点故障时，在节点池内其他正常节点上重建Pod。

云端YurtControllerManager组件根据Pod的可用策略，同时根据节点心跳状态（网络故障节点由节点池内Leader YurtHub代理上报心跳），联合决定Pod的驱逐和重建

跨网络域通信

需要跨网络域通信的主要原因是云端无法直接访问节点，因此无法往边缘下发运维命令，也无法收集边缘的监控数据；跨云边、跨边边的不同业务之间需要连通，如边缘节点上的处理结果需要上传回云端Pod。

解决方案

Raven Controller Manger组件：管理每个节点池中的Gateway节点。

Raven agent组件：每个节点上都部署一个raven agent实例，其中每个节点池有一个raven agent充当Gateway，Gateway节点之间通过VPN和TLS连接。

通过优先路由规则，跨节点池的流量会forward到Gateway节点，通过Gateway节点与其他节点池中Pod通信，节点池内流量还是通过原始CNI，保持CNI兼容性。

云原生设备管理

K8s业务负载模型与IoT设备管理模型无法缝合，以Kubernetes native方式管理边缘设备。融合方案可扩展，不绑定特定IOT解决方案。

解决方案

引入3个CRD资源——DeviceProfile：描述不同类型的设备；DeviceService：描述设备和集群的接入方式；Device：定义设备自身特性。

DeviceController负责CRD资源与IoT系统与设备的映射；

联合VMware推动EdgeX Foundry解决方案集成。

OpenYurt 基于原生 Kubernetes 构建，由阿里云于 2020 年 5 月开源，并于同年 9 月份入选 CNCF SandBox 项目，是业界首个对 Kubernetes 无侵入的边缘计算云原生开源平台，目前正在进行incubation的申请。

社区在云边协同治理，边缘自治，边缘网络与存储，以及 IoT 等方向，OpenYurt已经孵化超过 20+子项目，为更好的提升社区协同效率和完善社区治理，OpenYurt 社区成立了 3 个 SIG：ControlPlane, DataPlane, IoT 来统筹管理社区所有项目。

目前，OpenYurt拥有社区Maintainers 10人，来自阿里云、VMware、英特尔、微软、字节跳动、浙江大学、中国电信等知名企业和机构；社区Member 60人，来自30多家不同公司。希望借助本次分享，让更多朋友能够共同参与到OpenYurt开源社区贡献中来，共同助力云边高效协同。